电动机的容量选择

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第十一章
电动机的容量选择
11.2
一、电机的热平衡方程式 假定：
电动机的发热与温升
（1）把电机看成是一个各部分温度相同的均匀整体；各部分热容量相 等；表面各部分的散热系数相等，且为常数。 （2）周围环境温度不变时，电机的散热量与温升（电机与周围介质温 度之差）成正比。
Qdt = C Leabharlann Baidu dτ + A ⋅ τ ⋅ dt
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第十一章 二、负载功率计算
电动机的容量选择
电动机的负载，按其负载的大小是否变化可分为两类。 常值负载：在运行中，负载的大小基本是恒定的。 变化负载: 在运行中，负载的大小变化较大，但在大多数具 性变化的规律。 1、常值负载功率PL的计算 1)直线运行的机械负载功率 2)旋转运动的生产机械负载功率 3)泵类生产机械负载功率 4)鼓风机类生产机械负载功率
130 155
90 105
H
用硅有机树脂粘合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物
180
140
C
天然的云母、石英和玻璃、陶瓷
180以 上
140以上
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第十一章 三、电动机的工作方式 1、连续工作制
电动机的容量选择
在恒定负载下电动机连续长期运行的工作方式。电 动机工作时间 tτ > (3 ~ 4)T ，温升可以达到稳定温升
PL = FL v
有周期
η
× 10 −3 kW
PL =
TL n kW 9550η
PL =
qρHg
η bη
qp
× 10 −3 kW
×10 −3 kW
PL =
η fη
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第十一章 2、变化负载功率PL的计算
电动机的容量选择
变化负载只能求出其平均负载功率PLd或平均负载转矩TLd： 平均负载功率
PLd = PL1t1 + PL 2 t 2 + LL + PLn t n t1 + t 2 + LL + t n
电动机的容量选择
绝缘等级允许温度及其材料举例
绝缘 等级 0 A E 棉纱、棉布、天然丝、纸等 经过油或树脂处理过的棉纱、棉布、天然丝、纸等 用各种有机合成树脂制成的绝缘膜，如酚醛树脂、聚脂薄膜等 绝缘材料 允许温 度/℃ 90 105 120 允许温 升/℃ 50 65 80
B F
用有机漆作粘剂的云母、石棉和玻璃纤维组合物 用环氧树脂粘合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物
t /T
) +τ Qe
−t / T
如果发热过程从冷却开始，
τ = τ W (1 − e
t /T
)
电机的发热曲线
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第十一章 三、电机的冷却过程
电动机的容量选择
电机停止运行或电机的负载减小，电机的温升降低的过程为电机冷 却过程。 冷却过程的温升表达式为：
τ = τ (1 − e
' W
t /T '
) +τ e
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第十一章
电动机的容量选择
11.4
电动机额定功率的选择
一、电动机额定功率选择的一般步骤
1、计算负载功率，若负载为周期性变动负载，需要作出 负载图PL = f (t ) 或 TL = f (t ) 。 2、根据负载功率，预选电动机的额定功率及其他。 3、校核预选电动机，包括发热温升校核、过载能力的校 核以及起动能力的校核，其中主要是发热温升校核。
PL1 , PL 2 ,L, PLn
为各时间段的负载功率，按常值负载公式计算
平均负载转矩
TLd =
TL1t1 + TL 2 t 2 + LL + TLn t n t1 + t 2 + LL + t n
TL1 , TL 2 , L , TLn
为各时间段的负载转矩 为各段时间，它们之和为一个工作周期，用tL表 示。
−
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第十一章
电动机的容量选择
本章完
22
第十一章
电动机的容量选择
电机与拖动
第十一章
电动机的容量选择
1
第十一章
电动机的容量选择
11.1 电动机的一般选择
电动机的选择包括电动机额定容量选择，电动机种类、电流的种 类、形式、额定电压和额定转速的选择。 一、电动机的种类的选择 在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，对电 动机种类选择要力求结构简单、运行可行、维护方便、价格低廉。 异步电动机：结构简单、运行可靠、维护方便和价格低 动和调速性能差，功率因数低 。 廉。起
其中：
0.24 ∑ p N 0.24 PN 1 − η N τm = ( ) = A A ηN
为电机绝缘材料允许最高温升
为提高电机的额定功率 ，可以采用的方法有： （1）降低电机的损耗，提高电机的效率； （2）加大空气流通速度以及散热面积，提高散热系数 （3）提高绝缘材料的允许温度。
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第十一章 二、电机的绝缘材料与允许温升
同步电动机：可以通过调节励磁电流来调节功率因数，对电网进行无功 补偿 。 直流电动机：起动性能和调速性能优异。结构复杂，成本高，存在换向 问题。
2
第十一章 二、电动机工作方式及防护形式的选择
电动机的容量选择
1、工作方式：按工作制的不同分为连续工作制、短时工作制和断续工作 制。 2、结构形式：按转轴安装的位置分为卧式和立式两种 3、防护形式：开启式、防护式、封闭式和防爆式。 （1）开启式：价格便宜，散热条件好。但容易浸入灰尘、水汽、油污和 铁屑等。 （2）防护式：通风条件较好，可以防止外界物体从上面落入电动机内 部，可以防滴、防溅、防雨，但不能防止潮气和灰尘 浸入电动机内部。
电动机的容量选择
电动机的额定电压的选择应依据与电网电压一致的原则。 一般工厂企业的低压电网为220V，380V， 600V；当电动机的功率 较大时且供电电压为6000V及10000V时，可选用6000V甚至10000V的高 压电动机， 直流电动机的额定电压常用110V或220V；大功率的电动机可提高 到600V或800V，甚至1000V。
' −t / T ' Q
停机过程的温升表达式为
τ =τ e
'
' −t / T ' Q
C T = ' 为冷却时间常数 A
他扇冷式
T' =T
电机的冷却曲线
9
第十一章
电动机的容量选择
11.3
电机的额定功率：
电动机的额定功率
一、电机额定功率与允许温升的关系
A ⋅η N ⋅ τ m PN = 0.24(1 − η N )
t1 , t 2 , L , t n
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第十一章 三、恒定负载时电动机额定功率的选择 1、标准工作时间 2、非标准工作时间
电动机的容量选择
PN ≥ PL
PN ≥ PL tg t gb
tg t gb
为折算系数
3、短时工作方式的负载选择连续工作方式电动机
1− e
− tg T tg T
PN ≥ PL
1 + αe
电动机的容量选择
短时工作方式下电动机的额定功率等于当电动机工作 结束时的实际最高温升 率。
τm
等于允许温升τ max 时的输出功
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第十一章
电动机的容量选择
3、周期性断续工作方式下的电动机的额定功率
周期性断续工作方式下的电动机在工作一段时间后， 温升将在一个稳定的小范围波动。当电动机实际达到最高 温升 τ m 等于（或接近于）允许温升 τ max 时的输出功率即为 周期性断续工作方式下的额定功率。
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第十一章 四、电动机额定转速的选择
电动机的容量选择
电动机的额定转速应综合电动机和生产机械两方面的各种因素来 选择。 （1）对很少起、制动或反转的长期工作制的电动机，应从设备的初 期投资、占地面积和维护费用等方面考虑。 （2）对经常工作于起动、制动以及反转的电动机，但过渡时间对生产 率影响不大，主要考虑过渡过程能量损耗最小为条件来选择电动机额定 转速。 （3）对于电动机经常工作于起动、制动及反转，且过渡过程的持续时 间对生产率影响较大，主要依据过渡过程时间最短为条件选择电动机的 额定转速。
3
第十一章
电动机的容量选择
封闭式：这种电机又分为自扇冷式、他扇式和密封式三种。前两种可用于 在潮湿、多腐蚀性灰尘、易受风雨侵蚀的环境中；第三种因为 密封，水和潮气不能侵入电动机中，一般用于浸入水中的机械 （如潜水泵电动机）。 （4）防爆式：这类电动机应用于存在有爆炸危险的环境。
4
第十一章 三、电动机额定电压的选择
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第十一章 3、周期性断续工作制
电动机的容量选择
在恒定负载下电动机按相同的工作周期运行。每个周期包括工 作和停歇交替进行，但时间都比较短。在工作时间，电动机的温升 达不到稳定温升，而在停歇时间，电动机的温升也降不到零。
负载持续率（又称暂载率） ：每个周期内工作时间占的百分比
tτ FS % = × 100% tτ + t 0
我国规定标准的负载持续率有10%、25%、40%和60%四种。
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τW
第十一章 四、电动机的额定功率与运行方式 1、连续工作方式下电动机的额定功率
电动机的容量选择
τ 等于（或接近于）允许温升 max 时的输出功率。
连续工作制下电动机的额定功率等于当稳定温升τ W
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τm
第十一章 2、短时工作方式下电动机的额定功率
电动机的容量选择
绝缘材料是保证电机安全可靠运行的关键。为了保证电机 有足够的使用年限，电机使用时其最热点的温度不应超过该处所 用绝缘材料的允许温度。 电动机铭牌上所标的额定功率是指电动机在环境温度为 40℃时，带额定负载长期连续工作，温度逐渐升高趋于稳定后， 最后温度可达到绝缘材料的允许温度。
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第十一章
Q 为电机在单位时间内产生的热量；
C
为电机的热容量；
A 为电机的散热系数。
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第十一章 二、电机的发热过程
电动机的容量选择
电机从空载运行加上负载或者在运行增加负载时，电机产生的损耗 增加，电机的温度随之升高的过程就称为发热过程。 电机发热过程温升变化规律：
τ = τ W (1 − e
τQ = 0
则:
2、短时工作制
τ 。W
短，其温升达不到稳定温升τ W ，而电动机的停歇时间 长 t 0 > (3 ~ 4 )T '，电动机的各部分完全冷却到周围介质 的温度。
我国短时工作方式的标准工作时间有15min，30min， 60min,90min等四种。
)T 电动机的工作时间 tτ < (3 ~ 4。电动机工作时间